ES2341472T3 - Dispositivo de electrovalvula con autocontrol. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de soplado, caracterizado porque comprende para cada fase del soplado las etapas siguientes: - la medición del tiempo real inicial por medio de un captador (4), la transmisión hasta un dispositivo de accionamiento (5) y el registro en una memoria (10); - la medición de la pendiente del aumento de la presión, la transmisión hasta un dispositivo de accionamiento (5) y el registro en una memoria (10); - la medición de la presión final de soplado, la transmisión hasta un dispositivo de accionamiento (5) y el registro en una memoria (10); y porque comprende, entre cada fase de soplado, las etapas siguientes: - la comparación de las tres mediciones precedentes por parte de un programa de ordenador (9) del dispositivo de accionamiento (5) con un histórico registrado en la memoria (10) y el reajuste automático en caso de desviación.
Description
Dispositivo de electroválvula con
autocontrol.
La invención se refiere a un dispositivo de
electroválvula, que está destinado a las aplicaciones que necesitan
un buen control de una curva de evolución de la presión, provocada
por fases de aperturas o de cierres de la electroválvula. Este
dispositivo está adaptado, de una manera más particular, a una
aplicación para la fase de soplado previo o, de una manera más
general, para el soplado del procedimiento para la fabricación de
las botellas de PET. De igual modo, la invención se refiere a un
procedimiento asociado.
En el arte anterior, la fase de soplado previo
del procedimiento de fabricación de botellas de PET se desarrolla
de la manera siguiente:
- \bullet
- una electroválvula, que está conectada con una preforma de la botella que debe ser fabricada, recibe del sistema global de fabricación de botellas una señal eléctrica de apertura. Como consecuencia de esta orden, la electroválvula se abre y deja pasar un gas, que procede de una fuente a baja presión, por ejemplo de 3 bares, que penetra entonces en la preforma de la botella. Existe un tiempo de reacción de la electroválvula y el instante real de inicio de la fase de soplado previo está desfasado con relación a la señal del sistema global;
- \bullet
- entonces, la presión aumenta progresivamente en la botella, según una pendiente particular, hasta alcanzar la presión final de soplado previo igual a 3 bares, en este ejemplo.
\vskip1.000000\baselineskip
De manera simultánea y coordinada con el
funcionamiento de la electroválvula y con el aumento de la presión
del gas en la botella, un vástago de estirado empuja al fondo de la
botella durante toda esta fase para dar a la botella la forma
deseada.
Las electroválvulas del arte anterior presentan,
para esta aplicación, los inconvenientes siguientes:
- \bullet
- en función de su desgaste y de sus particularidades individuales, el tiempo que transcurre entre la señal del sistema global y la apertura real de la electroválvula es variable y cambia en función del tiempo para una electroválvula dada. Como consecuencia, existe una incertidumbre sobre el instante inicial del soplado previo, lo que no permite alcanzar una buena coordinación con el movimiento del vástago de estirado y controlar perfectamente el proceso de fabricación de una botella;
- \bullet
- de la misma manera, la pendiente de aumento de la presión no está perfectamente controlada. Esta pendiente es modificable en la actualidad por el reglaje manual de una válvula de estrangulación colocada a la entrada de la electroválvula. Sin embargo, este reglaje es efectuado manualmente y de manera intuitiva por un operario, sobre la base de un diagnóstico realizado visualmente por parte del operario en función de las botellas obtenidas. El resultado es una pendiente poco controlada y, por consiguiente, existe una incertidumbre sobre la duración de la fase de soplado previo, lo que entraña los mismos problemas que en los dos puntos precedentes;
- \bullet
- por último, el final de esta fase se alcanza cuando la presión es estabilizada al valor de la presión de la fuente de gas, es decir a 3 bares según el ejemplo precedente. Después de esta fase de soplado previo, el procedimiento de fabricación de las botellas se prosigue con un soplado de un gas a alta presión. Por consiguiente, la electroválvula debe funcionar obligatoriamente con dos fuentes diferentes de presión, lo que es un inconveniente.
\vskip1.000000\baselineskip
La invención tiene por objeto proponer un
dispositivo de electroválvula y un procedimiento de soplado, que no
presenten los inconvenientes anteriormente citados.
De una manera más precisa, un primer objeto de
la invención consiste en proponer un dispositivo de electroválvula
que permita controlar mejor la fase de aumento de la presión como
consecuencia de una orden de apertura.
Un segundo objeto de la invención consiste en
proponer un dispositivo de electroválvula, que permita un
funcionamiento, eventualmente, con una sola fuente de alta
presión.
Un tercer objeto de la invención consiste en
proponer un procedimiento de soplado mejor controlado, adaptado,
por ejemplo, a la fabricación de una botella de PET.
De conformidad con la invención, estos objetos
se consiguen por medio de un procedimiento de conformidad con la
reivindicación 1 y con un dispositivo de conformidad con la
reivindicación 7.
El dispositivo de accionamiento puede comprender
un microprocesador apto para aplicar un programa de ordenador de
control y una memoria apta para almacenar un histórico de los
valores medidos. Por otra parte, el dispositivo de accionamiento
puede comprender una conexión con el exterior, apta para recibir una
señal de accionamiento de apertura.
\global\parskip0.930000\baselineskip
La válvula de estrangulación puede comprender un
medio para equilibrar la presión que favorezca la acción del
accionador, pudiendo ser este último un motor paso a paso lineal
según una variante de realización.
La electroválvula puede comprender una válvula
de retención.
El procedimiento de soplado puede comprender la
medición periódica de la presión por parte de un captador de la
presión, la transmisión de los valores hacia el dispositivo de
accionamiento y el almacenamiento de algunos de estos valores así
como el tiempo asociado.
De igual modo, el procedimiento puede comprender
las etapas iniciales siguientes:
- \bullet
- la transmisión de la señal de accionamiento de apertura al dispositivo de electroválvula;
- \bullet
- la transmisión de la señal de accionamiento de apertura por medio de un dispositivo de accionamiento hasta la electroválvula al cabo de un tiempo muerto determinado;
y caracterizado porque se lleva a cabo un
reajuste del tiempo muerto para asegurar una duración constante
entre la señal de accionamiento de apertura del sistema exterior y
el instante real del inicio de la fase de soplado previo.
\vskip1.000000\baselineskip
De conformidad con un modo de ejecución, el
procedimiento de soplado comprende un reajuste, en caso de
desviación de la pendiente de la curva de la presión, que consiste
en una orden transmitida por el dispositivo de accionamiento hasta
un accionador lineal con el fin de modificar el reglaje de una
válvula de estrangulación.
Según un modo de ejecución, el procedimiento de
soplado comprende un reajuste, en caso de desviación de la presión
final de soplado, que consiste en la modificación del instante en el
que se verifica la transmisión de la orden de cierre de la
electroválvula.
De conformidad con la invención, este
procedimiento puede ser aplicado a la fabricación de botellas de
PET.
Estos objetos, características y ventajas de la
presente invención se exponen con detalle en la descripción que
sigue de un modo de ejecución particular, dado a título no
limitativo, en relación con las figuras adjuntas, entre las
cuales:
la figura 1 representa un esquema funcional de
un dispositivo de electroválvula de conformidad con un modo de
ejecución de la invención;
la figura 2 representa una curva de presión, así
como las señales del sistema y del dispositivo de accionamiento en
función del tiempo, de conformidad con el procedimiento de la
invención;
la figura 3 representa una vista en sección de
un dispositivo de electroválvula de conformidad con un modo de
ejecución;
la figura 4 representa un organigrama, que
representa las diferentes fases de funcionamiento de un dispositivo
de conformidad con la invención.
\vskip1.000000\baselineskip
A continuación se describe un modo de ejecución
particular de la invención para una aplicación en el sector de la
fabricación de las botellas de PET.
De conformidad con este modo de ejecución,
representado en el esquema funcional de la figura 1, el dispositivo
de electroválvula comprende una electroválvula 1, una válvula de
estrangulación 2, un accionador 3 para la válvula de estrangulación
2, un captador de la presión 4 y un dispositivo de accionamiento 5.
El dispositivo de electroválvula está conectado en la entrada 6 con
una fuente de gas, el gas puede ser conducido sucesivamente a
través de la válvula de estrangulación 2, de la electroválvula 1,
del captador de la presión 4, para, finalmente, alcanzar la salida
7 del dispositivo, que está conectada, por ejemplo, con una preforma
de botella de PET 20 a ser fabricada. El dispositivo de
accionamiento 5 es un dispositivo electrónico esencialmente
compuesto por un microprocesador 8, que ejecuta un programa de
ordenador 9, por una memoria 10 y por un reloj, no representado.
Este dispositivo puede intercambiar datos con el sistema exterior a
través de una conexión 11, y está conectado con el accionador 3
(conexión 13), con la electroválvula 1 (conexión 15) y con el
captador 4 (conexión 14).
Durante cada fase de soplado previo de una
botella de PET, representada por el diagrama temporal de la figura
2, el dispositivo de accionamiento recibe una señal del sistema
exterior a través de la conexión 11, en un instante t0, que
representado sobre la curva 16 de la figura 2, que le da luz verde
para iniciar el ciclo de soplado previo. El dispositivo de
accionamiento 5 transmite, entonces, la orden a la electroválvula a
través de la conexión 15, en el instante t1, que está representado
por la curva 17 de la figura 2, una vez transcurrido un tiempo
muerto t1-t0, comprendido entre 20 y 50
milisegundos.
\global\parskip1.000000\baselineskip
A continuación, el captador 4 mide
periódicamente la presión, cada 500 microsegundos por ejemplo, y
transmite las medidas a través de la conexión 14 al dispositivo de
accionamiento 5. Este último almacena en la memoria 10 ciertos
pares del valor de la presión y del tempo asociado, según un ritmo
predefinido. Por ejemplo, pueden ser memorizados los tiempos para
los valores de presión de 0,5 bares, de 3 bares y de 6 bares en una
realización en la que la presión final deseada sea igual a 6 bares.
La memoria 10 conserva, de este modo, en memoria estos valores para
elaborar un histórico, que comprende, por ejemplo, los valores de
los diez últimos ciclos de soplado previo.
Por último, en un instante predefinido t4, el
dispositivo de accionamiento 5 transmite a la electroválvula 1 una
señal de cierre. La presión se estabiliza entonces progresivamente
en el instante t5 a un valor final de 6 bares. La curva de presión
18 obtenida está ilustrada en la figura 2.
Entre dos ciclos de soplado previo, el programa
de ordenador 9 del dispositivo de accionamiento 5 analiza los
últimos datos registrados y los compara con el histórico ya
memorizado. Este análisis se interesa por los datos siguientes:
- \bullet
- la duración entre la señal de apertura del sistema global y el inicio real del ciclo de soplado previo, igual al cálculo t2-t0, detectándose t2 para un valor P0 muy bajo de la presión, de 0,5 bares en este ejemplo. En caso de desviación de este dato, detectado por el análisis del histórico, el programa de ordenador 9 toma una medida de reajuste, que consiste en la modificación de la duración entre la recepción de la señal de partida del sistema y la emisión de la señal de apertura del dispositivo de accionamiento (tiempo muerto t1-t0). Este reajuste tiene como objetivo garantizar una duración rigurosamente constante entre la señal de partida dada por el sistema y el inicio real del soplado previo (t2-t0). Este reajuste puede ser realizado por medio del cálculo siguiente, aplicado por el programa de ordenador 9:
T1n =
T1n-1
+(T2-T2n-1),
- \quad
- donde
- T1n:
- representa la duración (t1-t0) entre la señal del sistema y la señal de apertura para el próximo ciclo n;
- T1n-1:
- representa esta duración en el ciclo n-1;
- T2:
- representa la duración (t2-t0) entre la señal de apertura del sistema global y el inicio real del ciclo de soplado previo deseado;
- T2n-1:
- representa la duración (t2-t0) entre la señal de apertura del sistema global y el inicio real del ciclo de soplado previo, medida en el ciclo n-1;
- \bullet
- la pendiente de la curva de aumento de la presión, calculada con ayuda de la medida de la presión intermedia Pint de 3 bares (con t = t3) y por medio de la medida del punto inicial de la curva (con t = t2). Lo mismo que ocurre para el dato precedente, el programa de ordenador 9 detecta una eventual desviación de este dato y tomará entonces, si es preciso, una medida de reajuste. Para llevar a cabo esto, actuará sobre el reglaje de la posición de la válvula de estrangulación 2, enviando órdenes a través de la conexión 13 hasta el accionador 3, que permite un reglaje automático. Un ejemplo de un reajuste de este tipo consiste en aplicar la fórmula siguiente:
Posición_rest_n
= Posición_rest_n-1 + G1 (T3
-T3n-1);
- \quad
- en la que,
- Posición_rest_n:
- representa la posición de la válvula de estrangulación para el próximo ciclo;
- Posición_rest_n-1:
- representa este mismo valor en el ciclo precedente;
- G1:
- representa un coeficiente lineal o, como variante, una ganancia compleja (por ejemplo un corrector PID);
- T3:
- representa la duración (t3-t2) entre el inicio real del aumento de la presión y la presión intermedia Pint de 3 bares;
- T3n-1:
- representa esta misma duración medida en el ciclo precedente;
- \bullet
- la presión final Pfin de soplado previo, que depende del instante t4 de cierre de la electroválvula, para una presión en la entrada constante y para una pendiente de aumento de la presión constante. Igual que ocurre en el caso de los dos datos precedentes, el programa de ordenador 9 detectará una eventual desviación de este dato y lo reajustará en el instante del cierre de la electroválvula, según, por ejemplo, el cálculo siguiente:
T4n =
T4n-1 + G2 (Pfin -
Pfin_n-1);
\newpage
- \quad
- donde,
- T4n:
- representa la duración (t4-t1) entre las señales de cierre y de apertura de la electroválvula;
- T4n-1:
- representa esta misma duración en el ciclo precedente;
- G2:
- representa un coeficiente lineal o, como variante, una ganancia compleja (por ejemplo un corrector PID);
- Pfin:
- representa la presión final deseada, de 6 bares en este ejemplo;
- Pfin_n-1:
- representa la presión final medida en el ciclo n-1.
\vskip1.000000\baselineskip
Todas estas medidas y todos estos datos están
ilustrados en la figura 2, en la que la primera curva 16 corresponde
a la señal que procede del sistema global, que es exterior al
dispositivo de electroválvula de la invención, que muestra una
señal de apertura en el tiempo t0. La segunda curva 17 corresponde a
las señales accionamiento de apertura y cierre de la
electroválvula, emitida por el dispositivo de accionamiento 5,
respectivamente en los instantes t1 y t4, y la tercera curva 18
ilustra el aumento de la presión, medida por el captador 4 a la
salida de la electroválvula.
El principio de funcionamiento del dispositivo
está basado, por consiguiente, sobre su control entre cada una de
sus utilizaciones, sobre la base de un seguimiento histórico de los
datos que lo caracterizan. Este principio es diferente de un
control en tiempo real en función de una curva teórica de
referencia. Los cálculos mencionados en el ejemplo precedente
pueden ser diferentes, pueden tener en cuenta, por ejemplo, valores
de varios ciclos pasados, puede utilizar ecuaciones más complejas y
no obligatoriamente lineales, para adaptarse principalmente a las
características del material utilizado. El procedimiento puede
permitir, de la misma manera, la obtención de buenos resultados
incluso en presencia de un valor fluctuante de la alta presión de
entrada, atenuándose la influencia por medio del cálculo de
regulación elegido. Se observará que los resultados medidos durante
episodios excepcionales, como la rotura de la botella, no son
registrados puesto que no son significativos y una señal de salida
indica al cliente que el perfil de presión deseado no ha sido
realizado según los criterios de aceptabilidad definidos
(tolerancias) para permitirle hacer una selección automática de las
botellas (rechazándolas en caso de defecto) y/o no efectuar la fase
de soplado siguiente.
La figura 3 ilustra con mayor precisión la
estructura de un dispositivo de conformidad con la invención. El
accionador 3 es un motor lineal paso a paso, que permite el
desplazamiento transversal de un vástago, que actúa sobre el
reglaje de la válvula de estrangulación 2. Para evitar tener que
utilizar un motor muy potente en el caso de la presencia de gas con
elevada presión en el dispositivo, se ha previsto un equilibrado de
las fuerzas de presión a uno y otro lado de la válvula de
estrangulación, en las cámaras 21 y 22, para evitar que una
presión, eventualmente fuerte, se oponga al movimiento del motor.
Por otra parte, aún cuando se ha preconizado hacer trabajar al
motor en modo económico, por medio de una disminución de su
alimentación, con objeto de evitar los calentamientos en las fases
durante las cuales éste no es accionado, el motor se hará trabajar
en modo de plena energía durante la fase de de soplado previo, con
objeto de garantizar un buen mantenimiento del reglaje de la
válvula de estrangulación, cumpliendo entonces el motor una función
de frenado, que se opone a las fuerzas de presión que se aplican
durante esta fase. Como variante de realización, podría ser
conveniente cualquier accionador lineal sin salirse por ello del
concepto de la invención.
Por otra parte, la electroválvula 1 está
equipada con una válvula de retención 23, con objeto de evitar una
circulación de gas en un sentido contrario en el caso en que se
inviertan las fuerzas de presión entre la entrada y la salida del
dispositivo, en los casos en que el dispositivo sea utilizado, por
ejemplo, con dos fuentes a la entrada, de baja presión y de alta
presión.
El dispositivo de la invención aporta, de la
misma manera, una ventaja en la fase de iniciación, por ejemplo
después de su primera utilización (etapa 0) o con ocasión de un
cambio de su medio ambiente (retorno 24), como se ha ilustrado en
la figura 4. En efecto, el dispositivo transmite los datos de
medición de la presión en el exterior por medio de la conexión 11,
lo que permite que un operario conozca la curva real de aumento de
la presión en cada ensayo y mejorar sus reglajes (etapa 1) para
varias iteraciones (flecha 25). Cuando se concluya que un ensayo es
válido, es posible imponer un reglaje inicial o consignas de la
válvula de estrangulación, del tiempo muerto, y del tiempo de
cierre por medio de una entrada manual de estos datos en el
dispositivo de accionamiento 5 (etapa 2). El dispositivo puede
trabajar entonces en modo de funcionamiento controlado (etapa 3)
iterativo (flecha (26), tal como se ha descrito precedentemente.
De la misma manera, la invención se refiere a un
procedimiento de soplado previo para la fabricación de botellas,
que comprende para cada fase de soplado previo las etapas
siguientes:
- \bullet
- la medición del tiempo real inicial t2;
- \bullet
- la medición de la pendiente del aumento de la presión;
- \bullet
- la medición de la presión final de soplado previo.
\vskip1.000000\baselineskip
A continuación, entre cada fase de soplado
previo, el procedimiento comprende las etapas siguientes:
- \bullet
- la comparación de las tres mediciones precedentes con un histórico y el reajuste automático en caso de desviación.
\vskip1.000000\baselineskip
De este modo, el dispositivo de electroválvula,
que ha sido precedentemente, permite alcanzar perfectamente los
objetivos buscados. Este dispositivo detecta, de manera autónoma,
las desviaciones de su comportamiento en el tiempo y reajusta, de
manera autónoma, las consignas dadas inicialmente con el fin de
conservar un comportamiento constante y de garantizar una curva de
presión o de caudal ideal.
La invención ha sido expuesta precedentemente en
el ámbito de una aplicación al soplado de botellas de PET pero su
concepto puede ser aplicado del mismo modo en cualquier otra
aplicación que necesite el control de la creación de perfiles de
presión de manera repetida en un volumen deformable o no. Por
ejemplo, la invención podría ser aplicada en cualquier elemento de
apriete neumático, tal como un gato o una pinza.
Claims (12)
1. Procedimiento de soplado,
caracterizado porque comprende para cada fase del soplado las
etapas siguientes:
- -
- la medición del tiempo real inicial por medio de un captador (4), la transmisión hasta un dispositivo de accionamiento (5) y el registro en una memoria (10);
- -
- la medición de la pendiente del aumento de la presión, la transmisión hasta un dispositivo de accionamiento (5) y el registro en una memoria (10);
- -
- la medición de la presión final de soplado, la transmisión hasta un dispositivo de accionamiento (5) y el registro en una memoria (10);
\vskip1.000000\baselineskip
y porque comprende, entre cada fase de soplado,
las etapas siguientes:
- -
- la comparación de las tres mediciones precedentes por parte de un programa de ordenador (9) del dispositivo de accionamiento (5) con un histórico registrado en la memoria (10) y el reajuste automático en caso de desviación.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Procedimiento de soplado según la
reivindicación 1, caracterizado porque comprende la medición
periódica de la presión por medio de un captador (4) de la presión,
la transmisión de los valores hacia el dispositivo de accionamiento
(5) y el almacenamiento de algunos de estos valores así como el
tiempo asociado.
3. Procedimiento de soplado según la
reivindicación 1 o 2, caracterizado porque comprende las
etapas iniciales siguientes:
- -
- la transmisión de la señal de accionamiento de apertura hasta un dispositivo de electroválvula;
- -
- la transmisión de la señal de accionamiento de apertura por medio de un dispositivo de accionamiento hasta la electroválvula al cabo de un tiempo muerto determinado;
y caracterizado porque se lleva a cabo un
reajuste del tiempo muerto para asegurar una duración constante
entre la señal de accionamiento de apertura del sistema exterior y
el instante real del inicio de la fase de soplado previo.
\vskip1.000000\baselineskip
4. Procedimiento de soplado según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque un reajuste, en
caso de desviación de la pendiente de la curva de la presión,
consiste en una orden transmitida por el dispositivo de
accionamiento (5) hasta un accionador lineal (3), con el fin de
modificar el reglaje de una válvula de estrangulación (2).
5. Procedimiento de soplado según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque un reajuste, en
caso de desviación de la presión final de soplado, consiste en la
modificación del instante de transmisión de la orden de cierre de
la electroválvula.
6. Procedimiento de fabricación de botellas de
PET, caracterizado porque comprende un procedimiento de
soplado según una de las reivindicaciones 1 a 5.
7. Dispositivo de electroválvula, que comprende
una entrada (6), que está alimentada con una fuente de gas,
atravesando este gas una electroválvula (1) y una válvula de
estrangulación (2), comprendiendo el dispositivo, de la misma
manera, un captador de la presión (4), que está conectado (14) con
un dispositivo de accionamiento (5), una conexión (15), entre el
dispositivo de accionamiento (5) y la electroválvula (1), para
transmitirle una señal de apertura y/o de cierre, una conexión (13)
entre el dispositivo de accionamiento (5) y un accionador (3) de la
válvula de estrangulación (2), para transmitirle una señal de
reglaje automática de la válvula de estrangulación (2),
caracterizado porque el dispositivo de accionamiento (5) está
adaptado para la aplicación del procedimiento de soplado según una
de las reivindicaciones precedentes.
8. Dispositivo de electroválvula según la
reivindicación 7, caracterizado porque el dispositivo de
accionamiento (5) comprende un microprocesador (8), apto para
aplicar un programa de ordenador de control (9) y una memoria (10)
apta para almacenar un histórico de los valores medidos.
9. Dispositivo de electroválvula según la
reivindicación 8, caracterizado porque el dispositivo de
accionamiento (5) comprende una conexión (11) con el exterior, que
es apta para recibir una señal de accionamiento de apertura.
10. Dispositivo de electroválvula según una de
las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque la válvula
de estrangulación (2) comprende un medio de equilibrado de la
presión, que favorece la acción del accionador (3).
11. Dispositivo de electroválvula según una de
las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado porque el
accionador (3) es un motor paso a paso lineal.
12. Dispositivo de electroválvula según una de
las reivindicaciones 7 a 11, caracterizado porque la
electroválvula comprende una válvula de retención (23).
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